Zastosowanie układu analizatora impedancji w analizie impedancji i testowaniu kryształów ferroelektrycznych, ceramiki piezoelektrycznej i powiązanych urządzeń — studium przypadku LISUN LS90 Analizator impedancji

Abstrakcja
Charakterystyka impedancji ma kluczowe znaczenie dla oceny wydajności elementów elektronicznych, takich jak kryształy ferroelektryczne, ceramika piezoelektryczna, kryształy piezoelektryczne i przetworniki ultradźwiękowe. obwód analizatora impedancji, jako podstawowa jednostka funkcjonalna analizatora impedancji, określa dokładność, stabilność i wydajność pomiaru impedancji. W niniejszym artykule omówiono LISUN LS90 Analizator impedancji szeregowej jako obiekt badań, systematycznie wyjaśnia skład i zasadę działania swojego obwodu analizatora impedancji oraz dogłębnie bada zastosowanie tego instrumentu w analizie impedancji i testowaniu kryształów ferroelektrycznych, ceramiki piezoelektrycznej, kryształów piezoelektrycznych i przetworników ultradźwiękowych. Dzięki szczegółowym danym testowym i analizie porównawczej, zalety wydajnościowe LISUN LS90 Analizator impedancji został zweryfikowany pod kątem dokładności pomiaru, zakresu częstotliwości i stabilności. Wyniki badań pokazują, że obwód analizatora impedancji LISUN LS90 Seria ta, dzięki technologii automatycznego mostka równoważącego i konstrukcji zacisku testowego Kelvina z czterema parami zacisków, może skutecznie sprostać wymaganiom precyzyjnego testowania impedancji urządzeń w badaniach laboratoryjnych i scenariuszach kontroli jakości na linii produkcyjnej, zapewniając niezawodne wsparcie techniczne dla rozwoju i zastosowań urządzeń piezoelektrycznych i ferroelektrycznych.

Słowa kluczowe
Układ analizatora impedancji; LISUN LS90 Analizator impedancji; Kryształy ferroelektryczne; Ceramika piezoelektryczna; Kryształy piezoelektryczne; Przetworniki ultradźwiękowe; Pomiar impedancji

1. Wstęp
W dziedzinie materiałów i komponentów elektronicznych, kryształy ferroelektryczne, ceramika piezoelektryczna, kryształy piezoelektryczne i przetworniki ultradźwiękowe są szeroko stosowane w czujnikach, siłownikach, filtrach i sprzęcie do obrazowania medycznego. Parametry impedancji tych urządzeń, takie jak rezystancja (R), reaktancja (X), impedancja (Z), kąt fazowy (θ), admitancja (Y), przewodność (G) i susceptancja (B), bezpośrednio odzwierciedlają ich właściwości elektryczne i stany robocze. Na przykład, charakterystyka impedancja-częstotliwość ceramiki piezoelektrycznej determinuje częstotliwość rezonansową i szerokość pasma czujników piezoelektrycznych, podczas gdy stabilność impedancji przetworników ultradźwiękowych wpływa na wydajność przetwarzania energii w urządzeniach do czyszczenia ultradźwiękowego i diagnostyki medycznej.

Analizator impedancji jest kluczowym instrumentem do pomiaru parametrów impedancji podzespołów elektronicznych, a obwód analizatora impedancji stanowi rdzeń realizujący funkcję pomiaru impedancji. Wysokowydajny obwód analizatora impedancji może precyzyjnie wzbudzić testowane urządzenie (DUT) stabilnym sygnałem, zebrać sygnał odpowiedzi DUT i obliczyć parametry impedancji poprzez przetwarzanie sygnału i analizę danych. LISUN LS90 analizator impedancji szeregowej, opracowany przez LISUN Grupa jest reprezentatywnym produktem w dziedzinie pomiaru impedancji. Jej układ analizatora impedancji integruje zaawansowane technologie, takie jak automatyczny mostek równoważący i testowanie wektorowe, co pozwala na zapewnienie precyzyjnych i szerokozakresowych rozwiązań pomiaru impedancji dla urządzeń ferroelektrycznych i piezoelektrycznych.

W artykule tym przedstawiono najpierw skład i zasadę działania układu analizatora impedancji. LISUN LS90 analizator impedancji szeregowej; następnie szczegółowo opisuje metody testowania i kroki korzystania z instrumentu do przeprowadzania analizy impedancji na kryształach ferroelektrycznych, ceramice piezoelektrycznej, kryształach piezoelektrycznych i przetwornikach ultradźwiękowych; na koniec, poprzez dane eksperymentalne i analizę wydajności, wartość zastosowania LISUN LS90 Zweryfikowano analizator impedancji w pokrewnych dziedzinach.

2. Skład i zasada działania LISUN LS90 Obwód analizatora impedancji

2.1 Skład układu analizatora impedancji

Obwód analizatora impedancji LISUN LS90 Seria to złożony system elektroniczny składający się z wielu modułów funkcjonalnych, w tym modułu generowania sygnału, modułu wzbudzania sygnału, modułu akwizycji sygnału, modułu przetwarzania sygnału, modułu obliczania danych oraz modułu interakcji człowiek-komputer. Szczegółowy skład i funkcje każdego modułu przedstawiono w tabeli 1.

2.2 Zasada działania układu analizatora impedancji

Proces pracy LISUN LS90 Obwód analizatora impedancji można podzielić na pięć etapów: generowanie sygnału, wzbudzenie sygnału, akwizycja sygnału, przetwarzanie sygnału oraz obliczanie i wyświetlanie danych. Szczegółowa zasada działania jest następująca:
• Etap generowania sygnału: Oscylator kwarcowy w module generowania sygnału zapewnia sygnał o częstotliwości referencyjnej o wysokiej stabilności. Syntezator częstotliwości dostosowuje częstotliwość referencyjną zgodnie z zakresem częstotliwości ustawionym przez użytkownika (20 Hz–15 MHz dla LS90Model -15M) generuje sygnał o regulowanej częstotliwości. Generator VCO dodatkowo moduluje sygnał, generując sygnał wzbudzenia prądu przemiennego o stabilnej amplitudzie (do 1.000 V) i częstotliwości.
• Etap wzbudzenia sygnału: Sygnał wzbudzenia wygenerowany w poprzednim etapie jest wzmacniany przez wzmacniacz mocy w module wzbudzenia sygnału, aby zapewnić, że prąd testowy spełnia wymagania różnych urządzeń testowanych (DUT) (minimum 0.01 μA). Układ dopasowujący dostosowuje impedancję obwodu wzbudzenia do impedancji urządzenia testowanego (DUT), zmniejszając odbicie sygnału i poprawiając wydajność przesyłu energii. Na koniec sygnał wzbudzenia jest podawany do urządzenia testowanego (DUT) poprzez czteroparowe zaciski testowe Kelvina. Konstrukcja czteroparowa oddziela ścieżkę prądu od ścieżki pomiaru napięcia, eliminując wpływ rezystancji przewodów i styków na pomiar napięcia, a tym samym poprawiając dokładność pomiaru impedancji.
• Etap akwizycji sygnału: Czujnik prądu/napięcia w module akwizycji sygnału zbiera odpowiednio sygnał prądu przepływający przez testowany element (DUT) oraz sygnał napięcia w testowanym urządzeniu (DUT). Zebrane sygnały analogowe są przesyłane do precyzyjnego przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC) w celu konwersji analogowo-cyfrowej. Przetwornik ADC charakteryzuje się wysoką rozdzielczością i niskim poziomem szumów, co pozwala na precyzyjną konwersję sygnałów analogowych na sygnały cyfrowe w celu ich późniejszego przetworzenia.
• Etap przetwarzania sygnału: Filtr cyfrowy w module przetwarzania sygnału filtruje sygnały cyfrowe, usuwając zakłócenia spowodowane przez otoczenie zewnętrzne i sam przyrząd. Układ PLL blokuje częstotliwość zebranego sygnału z sygnałem wzbudzenia, zapewniając dokładny pomiar różnicy faz między sygnałami napięcia i prądu. Układ kondycjonowania sygnału dostosowuje amplitudę i częstotliwość przetworzonych sygnałów, aby spełnić wymagania wejściowe modułu obliczania danych.
• Etap obliczania i wyświetlania danych: DSP w module obliczania danych wykorzystuje zasadę testowania wektorowego do obliczania parametrów impedancji DUT. Biorąc za przykład obliczenie impedancji Z i kąta fazowego θ, DSP najpierw oblicza stosunek amplitudy sygnału napięciowego do sygnału prądowego (Z = U/I) oraz różnicę fazową między sygnałem napięciowym a sygnałem prądowym (θ = φ_U – φ_I), a następnie konwertuje je na inne parametry impedancji (takie jak R = Zcosθ, X = Zsinθ) zgodnie z potrzebami użytkownika. Obliczone parametry impedancji i krzywa skanowania impedancja-częstotliwość są wyświetlane na wyświetlaczu TFT-LCD 7.0′ w czasie rzeczywistym. Jednocześnie przyrząd może przesyłać dane testowe do komputera poprzez RS232Interfejs C lub USB DEVICE do przechowywania i przetwarzania danych.

LS90_GLIN

3. Zastosowanie LISUN LS90 Analizator impedancji w testach impedancji urządzeń pokrewnych

LISUN LS90 Analizator impedancji szeregowej, oparty na wysokowydajnym obwodzie analizatora impedancji, jest szeroko stosowany w analizie impedancji i testowaniu kryształów ferroelektrycznych, ceramiki piezoelektrycznej, kryształów piezoelektrycznych i przetworników ultradźwiękowych. W tej sekcji przedstawiono metody testowania, etapy i wyniki dla tych czterech typów urządzeń.

3.1 Badanie impedancji kryształów ferroelektrycznych

Kryształy ferroelektryczne charakteryzują się zjawiskiem spontanicznej polaryzacji, które można odwrócić za pomocą zewnętrznego pola elektrycznego, a ich charakterystyka impedancji jest ściśle związana ze stanem polaryzacji i temperaturą. LISUN LS90 Analizator impedancji może testować parametry impedancji kryształów ferroelektrycznych przy różnych częstotliwościach i temperaturach, co stanowi podstawę do badania właściwości elektrycznych kryształów ferroelektrycznych.

3.1.1 Przygotowanie do testu

• Instrument: LISUN LS90Analizator impedancji -10M (zakres częstotliwości: 20Hz～10MHz, dokładność podstawowa: 0.05%).
• DUT: Kryształ ferroelektryczny cyrkonianu i tytanianu ołowiu (PZT) (rozmiar: 5 mm×5 mm×1 mm).
• Sprzęt pomocniczy: Komora z kontrolowaną temperaturą (zakres temperatur: 0℃～40℃), cztery pary końcówek sond pomiarowych Kelvina.

3.1.2 Kroki testowe

• Umieść kryształ ferroelektryczny PZT w komorze o regulowanej temperaturze i ustaw temperaturę komory na 25℃ (temperatura pokojowa).
• Podłącz sondy pomiarowe Kelvina z czterema końcówkami do zacisków pomiarowych LISUN LS90-10M analizator impedancji i połączyć dwa końce kryształu ferroelektrycznego PZT z sondami.
• Włącz analizator impedancji, wejdź do interfejsu ustawień parametrów testu i ustaw następujące parametry:
– Zakres częstotliwości: 1 kHz～10 MHz.
– Tryb skanowania: skanowanie liniowe (liczba punktów skanowania: 100).
– Amplituda sygnału: 0.5V.
– Parametry testu: Z-θ (impedancja i kąt fazowy).
• Po uruchomieniu testu urządzenie automatycznie przeskanuje częstotliwość w ustawionym zakresie i zbierze dane dotyczące impedancji i kąta fazowego ferroelektrycznego kryształu PZT.
• Dostosuj temperaturę komory z regulacją temperatury odpowiednio do 30℃, 35℃ i 40℃, a następnie powtórz kroki 3–4, aby uzyskać charakterystykę impedancji i częstotliwości kryształu ferroelektrycznego PZT w różnych temperaturach.

3.1.3 wyników testów

Charakterystyki impedancji i częstotliwości kryształu ferroelektrycznego PZT w różnych temperaturach przedstawiono w tabeli 2. Z tabeli wynika, że ​​wraz ze wzrostem temperatury częstotliwość rezonansowa kryształu ferroelektrycznego PZT nieznacznie spada, a impedancja przy częstotliwości rezonansowej rośnie. Dzieje się tak, ponieważ wzrost temperatury prowadzi do wzrostu strat dielektrycznych kryształu ferroelektrycznego, co skutkuje spadkiem częstotliwości rezonansowej i wzrostem impedancji. LISUN LS90Analizator impedancji -10M może dokładnie zmierzyć te zmiany, co jest niezwykle istotne w badaniu stabilności temperaturowej kryształów ferroelektrycznych.

3.2 Badanie impedancji ceramiki piezoelektrycznej

Ceramika piezoelektryczna to rodzaj funkcjonalnego materiału ceramicznego, który może przekształcać energię elektryczną w energię mechaniczną i odwrotnie. Parametry impedancji, zwłaszcza częstotliwości rezonansowe i antyrezonansowe, są ważnymi wskaźnikami oceny ich działania. LISUN LS90 Analizator impedancji umożliwia szybkie i dokładne testowanie częstotliwości rezonansowych i antyrezonansowych ceramiki piezoelektrycznej, co stanowi podstawę do produkcji i kontroli jakości elementów ceramicznych piezoelektrycznych.

3.2.1 Przygotowanie do testu

• Instrument: LISUN LS90Analizator impedancji -15M (zakres częstotliwości: 20Hz～15MHz, dokładność podstawowa: 0.05%).
• DUT: płytka ceramiczna piezoelektryczna z tytanianu baru (BaTiO₃) (rozmiar: 10 mm × 10 mm × 0.5 mm).
• Sprzęt pomocniczy: Aparatura pomiarowa Kelvina z czterema parami zacisków.

3.2.2 Kroki testowe

• Zamocuj płytkę ceramiczną piezoelektryczną BaTiO₃ w czterozaciskowym przyrządzie testowym Kelvina i podłącz przyrząd do zacisków testowych LISUN LS90Analizator impedancji -15M.
• Włącz analizator impedancji, wejdź do interfejsu ustawień parametrów testu i ustaw następujące parametry:
– Zakres częstotliwości: 100 kHz～15 MHz.
– Tryb skanowania: skanowanie logarytmiczne (liczba punktów skanowania: 200).
– Amplituda sygnału: 1.0V.
– Parametry testu: RX (rezystancja i reaktancja).
• Rozpocznij test, a urządzenie automatycznie przeskanuje częstotliwość w ustawionym zakresie i zbierze dane dotyczące rezystancji i reaktancji płytki ceramicznej piezoelektrycznej BaTiO₃.
• Po zakończeniu testu przyrząd automatycznie identyfikuje częstotliwość rezonansową (f_r) i częstotliwość antyrezonansową (f_a) płytki ceramicznej piezoelektrycznej na podstawie zmiany reaktancji (X) wraz z częstotliwością (gdy X=0, odpowiadająca jej częstotliwość to f_r i f_a).
• Powtórz test 5 razy, aby obliczyć średnią wartość f_r i f_a i ocenić powtarzalność wyników testu.

3.2.3 wyników testów

Wyniki badań częstotliwości rezonansowych i antyrezonansowych płytki ceramicznej piezoelektrycznej BaTiO₃ przedstawiono w tabeli 3. Z tabeli wynika, że ​​powtarzalność wyników badań LISUN LS90Analizator impedancji -15M jest dobry, a maksymalne odchylenie częstotliwości rezonansowej i antyrezonansowej jest mniejsze niż 0.02 MHz. Oznacza to, że obwód analizatora impedancji LISUN LS90 Seria ta charakteryzuje się wysoką stabilnością i może spełniać wymagania powtarzalności testów ceramiki piezoelektrycznej na linii produkcyjnej.

3.3 Badanie impedancji kryształów piezoelektrycznych

Kryształy piezoelektryczne charakteryzują się wysoką stabilnością częstotliwości i są szeroko stosowane w oscylatorach i filtrach. Charakterystyka impedancji kryształów piezoelektrycznych, zwłaszcza równoważna rezystancja szeregowa (ESR) i współczynnik dobroci (Q), bezpośrednio wpływają na wydajność oscylatorów i filtrów. LISUN LS90 Analizator impedancji umożliwia dokładne testowanie wartości ESR i Q kryształów piezoelektrycznych, co stanowi podstawę doboru i zastosowania kryształów piezoelektrycznych.

3.3.1 Przygotowanie do testu

• Instrument: LISUN LS90Analizator impedancji -10M (zakres częstotliwości: 20Hz～10MHz, dokładność podstawowa: 0.05%).
• DUT: kwarcowy kryształ piezoelektryczny (częstotliwość: 1MHz, obudowa: HC-49U).
• Sprzęt pomocniczy: gniazdo testowe z kryształem piezoelektrycznym, cztery pary przewodów testowych Kelvina.

3.3.2 Kroki testowe

• Włóż kwarcowy kryształ piezoelektryczny do gniazda testowego kryształu piezoelektrycznego i podłącz gniazdo testowe do zacisków testowych LISUN LS90Analizator impedancji -10M wykorzystujący czterozaciskowe pary przewodów pomiarowych Kelvina.
• Włącz analizator impedancji, wejdź do interfejsu ustawień parametrów testu i ustaw następujące parametry:
– Częstotliwość: 1MHz (nominalna częstotliwość kryształu piezoelektrycznego).
– Amplituda sygnału: 0.1V (aby uniknąć nadmiernego wzbudzenia kryształu piezoelektrycznego).
– Parametry testu: RX (rezystancja i reaktancja), wartość Q.
• Rozpocznij test, a przyrząd zmierzy równoważną rezystancję szeregową (R) i reaktancję (X) kryształu piezoelektrycznego przy częstotliwości 1 MHz. Zgodnie ze wzorem Q = |X|/R, wartość Q kryształu piezoelektrycznego zostanie obliczona automatycznie.
• Dostosuj częstotliwość urządzenia odpowiednio do 0.9 MHz, 0.95 MHz, 1.05 MHz i 1.1 MHz, a następnie powtórz krok 3, aby uzyskać wartości ESR i Q kryształu piezoelektrycznego przy różnych częstotliwościach.

3.3.3 wyników testów

Wartości ESR i Q kwarcowego kryształu piezoelektrycznego przy różnych częstotliwościach przedstawiono w tabeli 4. Z tabeli wynika, że ​​ESR kryształu piezoelektrycznego jest najmniejsze przy częstotliwości nominalnej (1 MHz), a wartość Q jest największa. Wraz ze wzrostem częstotliwości od częstotliwości nominalnej, ESR rośnie, a wartość Q maleje. Dzieje się tak, ponieważ kryształ piezoelektryczny ma najlepsze właściwości rezonansowe przy częstotliwości nominalnej, a strata energii jest najmniejsza. LISUN LS90Analizator impedancji -10M pozwala na dokładny pomiar tych zmian, co ma duże znaczenie przy wyborze i zastosowaniu kryształów piezoelektrycznych w oscylatorach i filtrach.

3.4 Badanie impedancji przetworników ultradźwiękowych

Przetworniki ultradźwiękowe to urządzenia, które zamieniają energię elektryczną na energię ultradźwiękową i odwrotnie. Ich charakterystyka impedancji jest ściśle związana z wydajnością emisji i odbioru ultradźwięków. LISUN LS90 Analizator impedancji umożliwia testowanie parametrów impedancji przetworników ultradźwiękowych przy różnych częstotliwościach, co stanowi podstawę do projektowania i optymalizacji systemów przetworników ultradźwiękowych.

3.4.1 Przygotowanie do testu

• Instrument: LISUN LS90Analizator impedancji -5M (zakres częstotliwości: 20Hz～5MHz, dokładność podstawowa: 0.05%).
• DUT: przetwornik czyszczący ultradźwiękowy (częstotliwość: 40 kHz, moc: 50 W).
• Sprzęt pomocniczy: uchwyt do testowania przetwornika ultradźwiękowego, czterozaciskowe pary kabli testowych Kelvina.

3.4.2 Kroki testowe

• Zamocuj przetwornik czyszczący ultradźwiękowo w uchwycie testowym i podłącz dwie elektrody przetwornika do zacisków testowych LISUN LS90Analizator impedancji -5M wykorzystujący czterozaciskowe pary kabli testowych Kelvina.
• Włącz analizator impedancji, wejdź do interfejsu ustawień parametrów testu i ustaw następujące parametry:
– Zakres częstotliwości: 30 kHz～50 kHz.
– Tryb skanowania: skanowanie liniowe (liczba punktów skanowania: 50).
– Amplituda sygnału: 0.5V.
– Parametry testu: Z-θ (impedancja i kąt fazowy), admitancja (Y).
• Po rozpoczęciu testu urządzenie automatycznie przeskanuje częstotliwość w ustawionym zakresie i zbierze dane dotyczące impedancji, kąta fazowego i admitancji przetwornika ultradźwiękowego.
• Po zakończeniu testu przeanalizuj krzywe impedancja-częstotliwość i admitancja-częstotliwość, aby określić częstotliwość rezonansową (f_r) i częstotliwość antyrezonansową (f_a) przetwornika ultradźwiękowego (częstotliwość odpowiadająca minimalnej impedancji to f_r, a częstotliwość odpowiadająca maksymalnej impedancji to f_a).
• Oblicz szerokość pasma (Δf = f_a – f_r) i admitancję przy częstotliwości rezonansowej (Y_r) przetwornika ultradźwiękowego i oceń wydajność przetwornika.

3.4.3 wyników testów

Charakterystyki impedancji i admitancji przetwornika ultradźwiękowego przedstawiono w tabeli 5. Z tabeli wynika, że ​​częstotliwość rezonansowa przetwornika ultradźwiękowego wynosi 40.2 kHz, częstotliwość antyrezonansowa 42.5 kHz, a szerokość pasma 2.3 kHz. Adwentancja przy częstotliwości rezonansowej wynosi 0.08S, co wskazuje, że przetwornik ultradźwiękowy charakteryzuje się wysoką wydajnością konwersji energii przy częstotliwości rezonansowej. LISUN LS90Analizator impedancji -5M umożliwia dokładny pomiar tych parametrów, co ma duże znaczenie przy projektowaniu i optymalizacji systemów czyszczenia ultradźwiękowego.

4. Analiza wydajności LISUN LS90 Analizator impedancji

Wydajność LISUN LS90 Analizator impedancji szeregowej odzwierciedla przede wszystkim takie aspekty, jak dokładność pomiaru, zakres częstotliwości, stabilność i łatwość obsługi. W tej sekcji analizujemy wydajność urządzenia w oparciu o dane testowe z rozdziału 3 oraz parametry techniczne urządzenia.

4.1 Dokładność pomiaru

Podstawowa dokładność LISUN LS90 Analizator impedancji szeregowej wynosi 0.05%, co jest wartością wyższą niż w przypadku większości analizatorów impedancji tego samego typu (podstawowa dokładność analizatorów impedancji ogólnego przeznaczenia wynosi 0.1%–0.5%). W badaniu impedancji ceramiki piezoelektrycznej (rozdział 3.2) maksymalne odchylenie wyników pomiaru częstotliwości rezonansowej wynosi zaledwie ±0.01 MHz, a powtarzalność jest dobra. W badaniu impedancji kryształów piezoelektrycznych (rozdział 3.3) błąd pomiaru ESR jest mniejszy niż 0.5 Ω, co spełnia wymagania dotyczące wysokiej precyzji testowania kryształów piezoelektrycznych. Wysoka dokładność pomiaru przyrządu wynika głównie z zaawansowanych technologii zastosowanych w jego obwodzie analizatora impedancji, takich jak technologia automatycznego mostka równoważącego i czteroparowe zaciski testowe Kelvina. Technologia automatycznego mostka równoważącego eliminuje wpływ impedancji wewnętrznej przyrządu na wyniki pomiarów, natomiast cztery pary zacisków pomiarowych Kelvina eliminują wpływ rezystancji przewodów i rezystancji styków, zwiększając tym samym dokładność pomiarów.

4.2 Zakres częstotliwości

LISUN LS90 Analizator impedancji szeregowej ma szeroki zakres częstotliwości, przy czym najwyższa częstotliwość sięga 15MHz (LS90-15M Ten zakres częstotliwości może obejmować częstotliwość roboczą większości kryształów ferroelektrycznych, ceramiki piezoelektrycznej, kryształów piezoelektrycznych i przetworników ultradźwiękowych. Na przykład, częstotliwość robocza przetworników czyszczących ultradźwiękowo wynosi zazwyczaj 20 kHz–100 kHz, częstotliwość robocza kryształów piezoelektrycznych wynosi zazwyczaj 1 MHz–10 MHz, a częstotliwość robocza ceramiki piezoelektrycznej wynosi zazwyczaj 100 kHz–15 MHz. Szeroki zakres częstotliwości LISUN LS90 Analizator impedancji szeregowej umożliwia testowanie charakterystyk impedancji różnych typów urządzeń bez konieczności wymiany przyrządu, co zwiększa wydajność testu.

4.3 Stabilność

Stabilność LISUN LS90 Analizator impedancji szeregowej przekłada się przede wszystkim na stabilność sygnału wzbudzenia i powtarzalność wyników testu. Moduł generowania sygnału w urządzeniu wykorzystuje oscylator kwarcowy o wysokiej stabilności, a dokładność częstotliwości wynosi aż 1 mHz, co zapewnia stabilność częstotliwości sygnału wzbudzenia. Podczas badania impedancji kryształów ferroelektrycznych (rozdział 3.1) urządzenie może stabilnie zbierać dane dotyczące impedancji w różnych temperaturach, a wyniki testu charakteryzują się dobrą spójnością. W badaniu impedancji ceramiki piezoelektrycznej (rozdział 3.2) powtarzalność wyników testu częstotliwości rezonansowej jest dobra, a maksymalne odchylenie wynosi mniej niż 0.02 MHz. Wysoka stabilność urządzenia ma ogromne znaczenie dla długotrwałych testów i kontroli jakości na linii produkcyjnej.

4.4 Łatwość użytkowania

LISUN LS90 Analizator impedancji serii 1000 posiada przyjazny dla użytkownika interfejs interakcji człowiek-komputer. Wyświetlacz TFT-LCD o przekątnej 7 cali wyraźnie wyświetla krzywą skanowania impedancja-częstotliwość oraz parametry testu, a przyciski sterujące są proste i zrozumiałe. Przyrząd obsługuje funkcje skanowania i analizy komputerowej oraz może wyświetlać krzywą skanowania impedancja-częstotliwość bezpośrednio na przyrządzie, eliminując potrzebę konfigurowania przez użytkowników osobnego komputera dla każdego przyrządu, co obniża koszty testów i ułatwia elastyczne użytkowanie na linii produkcyjnej. Ponadto przyrząd posiada wiele interfejsów komunikacyjnych (RS232C, USB DEVICE, opcjonalnie GPIB), które umożliwia transmisję danych między instrumentem i komputerem, ułatwiając przechowywanie danych i ich przetwarzanie.

5. Wnioski i perspektywy

Wnioski 5.1

W tym artykule podjęto LISUN LS90 Analizator impedancji szeregowej jako obiekt badań, systematycznie wyjaśnia skład i zasadę działania układu analizatora impedancji oraz dogłębnie bada zastosowanie tego instrumentu w analizie impedancji i testowaniu kryształów ferroelektrycznych, ceramiki piezoelektrycznej, kryształów piezoelektrycznych i przetworników ultradźwiękowych. Wyniki badań pokazują, że:

obwód analizatora impedancji ukończenia LISUN LS90 Seria składa się z modułu generowania sygnału, modułu wzbudzania sygnału, modułu akwizycji sygnału, modułu przetwarzania sygnału, modułu obliczania danych oraz modułu interakcji człowiek-komputer. Wykorzystuje zaawansowane technologie, takie jak automatyczny mostek równoważący i testowanie wektorowe, które umożliwiają precyzyjne generowanie, wzbudzanie, zbieranie, przetwarzanie i obliczanie sygnałów impedancji badanego urządzenia (DUT).

W badaniu impedancji kryształów ferroelektrycznych, ceramiki piezoelektrycznej, kryształów piezoelektrycznych i przetworników ultradźwiękowych LISUN LS90 Analizator impedancji szeregowej charakteryzuje się wysoką dokładnością pomiaru, szerokim zakresem częstotliwości i dobrą stabilnością. Umożliwia on precyzyjny pomiar parametrów impedancji (takich jak częstotliwość rezonansowa, częstotliwość antyrezonansowa, ESR, wartość Q) powiązanych urządzeń, stanowiąc wiarygodną podstawę do badań, produkcji i kontroli jakości tych urządzeń.

LISUN LS90 Analizator impedancji szeregowej charakteryzuje się łatwością obsługi i niskimi kosztami testów. Może on bezpośrednio wyświetlać krzywą skanowania impedancja-częstotliwość na urządzeniu, eliminując potrzebę stosowania oddzielnego komputera. Nadaje się zarówno do badań laboratoryjnych, jak i kontroli jakości na linii produkcyjnej.

5.2 Perspektywa

Wraz z szybkim rozwojem materiałów i podzespołów elektronicznych, wymagania dotyczące wydajności kryształów ferroelektrycznych, ceramiki piezoelektrycznej i pokrewnych urządzeń są coraz wyższe, co również stawia wyższe wymagania technologii pomiaru impedancji. W przyszłości układ analizatora impedancji LISUN LS90 Serię można dodatkowo zoptymalizować pod kątem następujących aspektów:
• Rozszerzenie zakresu częstotliwości: Wraz z rozwojem urządzeń piezoelektrycznych o wysokiej częstotliwości, częstotliwość robocza niektórych kryształów piezoelektrycznych i przetworników ultradźwiękowych przekroczyła 15 MHz. W związku z tym zakres częstotliwości układu analizatora impedancji można rozszerzyć do 20 MHz lub więcej, aby sprostać potrzebom testowania urządzeń o wysokiej częstotliwości.
• Zwiększenie szybkości pomiaru: W scenariuszu kontroli jakości na linii produkcyjnej, szybkość pomiaru analizatora impedancji bezpośrednio wpływa na wydajność produkcji. Moduł przetwarzania sygnału i moduł obliczania danych w obwodzie analizatora impedancji można zoptymalizować, stosując wydajniejszy procesor DSP i przetwornik ADC, co pozwala na zwiększenie szybkości pomiaru.
• Ulepszona funkcja testowania wieloparametrowego: Oprócz parametrów impedancji, wydajność urządzeń ferroelektrycznych i piezoelektrycznych zależy również od takich parametrów, jak stała dielektryczna, współczynnik piezoelektryczny i współczynnik jakości mechanicznej. Układ analizatora impedancji można zintegrować z innymi modułami testowymi (takimi jak moduł testowania stałej dielektrycznej), aby zrealizować funkcję testowania wieloparametrowego, co dodatkowo rozszerza zakres zastosowań urządzenia.

Podsumowując, LISUN LS90 Analizator impedancji szeregowej, dzięki swojemu wysokowydajnemu układowi, ma szerokie perspektywy zastosowania w dziedzinie pomiaru impedancji urządzeń ferroelektrycznych i piezoelektrycznych. Dzięki ciągłej optymalizacji układu analizatora impedancji, urządzenie to będzie odgrywać coraz ważniejszą rolę w rozwoju i zastosowaniu materiałów i komponentów elektronicznych.